Ứng dụng GIS và phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) thành lập bản đồ nguy cơ trượt lở huyện xín mần, tỉnh hà giang, việt nam

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 206-216 Ứng dụng GIS phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) thành lập đồ nguy trượt lở huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang, Việt Nam Đỗ Minh Ngọc*, Đặng Thị Thùy, Đỗ Minh Đức Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 10 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 20 tháng năm 2016; chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2016 Tóm tắt: Xín Mần huyện vùng cao phía tây tỉnh Hà Giang, có địa hình phân cắt mạnh, độ dốc lớn, tượng trượt lở xảy địa bàn phổ biến, gây thiệt hại nghiêm trọng người tài sản nhân dân, ảnh hưởng đến phát triển kinh tế - xã hội Bài báo sử dụng phương pháp tích hợp mơ hình phân tích thứ bậc vào GIS để xây dựng đồ nguy trượt lở huyện Xín Mần Trong đó, yếu tố có ảnh hưởng lớn tới tượng trượt lở phân tích bao gồm: độ dốc, loại đất, mật độ phân cắt sâu, thạch học, mật độ phân cắt ngang, trạng sử dụng đất hướng dốc địa hình Kết nghiên cứu cho thấy xã có nguy xảy trượt lở cao cao (chiếm 30% diện tích tồn xã) bao gồm Khn Lùng (46,1%), Cốc Rễ (36,24%), Quảng Nguyên (31,29%), Nàn Xỉn (30,52%), Ngán Chiên (42,39%), Trung Thịnh (31,21%), Bản Díu (45,91%) Nà Chì (36,26%) Bản đồ nguy trượt lở xây dựng liệu tin cậy cho công tác quy hoạch, phòng tránh giảm thiểu tổn thương, thiệt hại trượt lở huyện Xín Mần Từ khóa: AHP, GIS, số nhạy cảm trượt lở, đồ nguy trượt lở Tổng quan khu vực nghiên cứu * cao 2.000 m chạy từ Lao Chải (Vị Xuyên) đến Pà Vẩy Sủ tạo nên tường thành ngăn cách Việt Nam Trung Quốc; dãy Chiêu Lầu Thi kéo dài từ Tây Côn Lĩnh đến Bắc Hà (Lào Cai) có đỉnh cao 2.402 m [1] Độ ẩm năm tương đối cao, nhiệt độ trung bình từ 240C-280C Lượng mưa trung bình năm khoảng 1.695mm Lượng mưa lớn thường vào tháng tháng 9, thường gây tượng lũ quét, lũ bùn đá trượt lở Hệ thống sông suối phát triển mạnh bao gồm: sông Chảy bắt nguồn từ dãy Tây Côn Lĩnh, chảy vào Việt Nam huyện Xín Mần với chiều dài Huyện Xín Mần (Hình 1) nằm cách Thành phố Hà Giang 150 km phía tây Xín Mần có diện tích tự nhiên 58.383,20ha, chia thành 19 đơn vị hành bao gồm 18 xã thị trấn [1] Địa hình Xín Mần cấu tạo đa dạng, phức tạp bị chia cắt mạnh; nằm khu vực khối núi thượng nguồn sông Chảy Khối núi tạo cho Xín Mần có độ cao trung bình từ 1.200 - 1.600 m với dãy Hoàng Vẩn Thùng _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84-902094209 Email: ngocdm213@gmail.com 206 Đ.M Ngọc nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 206-216 40km, địa hình lưu vực sông Chảy thấp dần từ bắc - tây bắc xuống đơng nam, có nhiều suối nhỏ đổ vào sơng Chảy đáng kể suối Đỏ, suối Bản Ngị suối Nấm Dẩn Trên địa bàn huyện cịn có nhiều sơng suối nhỏ chảy qua Nà Chì, Khn Lùng, Tân Nam xi Bắc Quang, điển hình sơng nhỏ Nậm Lỳ Nậm Pú Hình Bản đồ hành huyện Xín Mần Các thành tạo địa chất khu vực phân bố sau: Hệ tầng An Phú (NP - 1ap) phân bố với diện tích khoảng 1,7 km2, hệ tầng Hà Giang (2 hg) tập trung chủ yếu phía tây bắc huyện Xín Mần, phức hệ Sơng Chảy (aD1sc) lộ phía bắc đơng bắc, thành tạo Đệ Tứ có diện phân bố nhỏ, thành phần gồm trầm tích aluvi, proluvi (a, ap) phân bố dọc sông lớn phụ lưu chúng, thung lũng núi Trên địa bàn vùng nghiên cứu có hai hệ thống đứt gãy phát triển gồm đơng bắc - tây nam tây bắc đông nam Các hệ thống đứt gãy sâu có phương tây bắc - đơng nam, đa phần đứt gãy thuận Trong đáng ý phải kể đến hệ thống đứt gãy sông Chảy với số đứt gãy nằm thung lũng đại, lấp đầy trầm tích Neogen Đệ Tứ Các đứt 207 gãy tạo nên hệ thống bậc thềm sông dạng bậc thang thấp dần phía sơng Chảy Dọc theo đứt gãy có số thể siêu mafic nhiều mạch thạch anh chứa pyrit [2] Phương pháp nghiên cứu 2.1 Cơ sở liệu Dữ liệu phục vụ cho việc thành lập đồ nguy trượt lở huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang bao gồm: - Dữ liệu địa hình tỉnh Hà Giang, tỉ lệ 1:50.000; - Bản đồ trạng sử dụng đất huyện Xín Mần, tỉ lệ 1:50.000; - Bản đồ phân bố đất tỉnh Hà Giang, tỉ lệ 1:50.000; - Bản đồ địa chất tỉnh Hà Giang, tỉ lệ 1: 200.000, số khu vực trọng điểm huyện Xín Mần tỷ lệ 1: 10.000; - Dữ liệu trạng trượt lở huyện Xín Mần Kết thành lập đồ trạng trượt lở khu vực huyện Xín Mần kế thừa từ báo cáo kết Dự án “Điều tra, đánh giá mức độ tác động biến đổi khí hậu đến lũ quét, lũ ống, trượt, sạt lở đất địa bàn huyện n Minh, Hồng Su Phì, Xín Mần, Quang Bình - tỉnh Hà Giang xây dựng biện pháp ứng phó với biến đổi khí hậu” [3] kết 02 đợt kháo sát kiểm chứng bổ sung vào tháng năm 2014 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích thứ bậc (AHP) Phương pháp AHP Saaty nghiên cứu sau phát triển từ năm 80 [4] AHP phương pháp đưa định, đưa thứ tự xếp tiêu nhờ vào người định đưa định cuối hợp lý [4, 5, 6] Saaty đưa bảng phân loại mức độ quan trọng tiêu Hình 208 Đ.M Ngọc nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 206-216 Hình Thang điểm so sánh mức độ quan trọng tiêu (các giá tr trung gian l ẵ, ẳ, 1/6, 1/8, 2, 4, 6, 8) Sự quán tượng thành lập quan hệ bắc cầu so sánh cặp Tỷ số quán (CR) dùng để xác định mức độ không quán nhận định phương pháp AHP Nếu giá trị CR nhỏ 10% kết chấp nhận được, ngược lại giá trị CR lớn 10% cần phải xem xét lại bước trước [4, 5, 6] Q trình tính tốn số quán thực qua bước sau: - Xác định vector tổng trọng số cách nhân ma trận so sánh cặp ban đầu với ma trận trọng số tiêu chí; - Xác định vector quán cách chia vector tổng trọng số cho trọng số tiêu chí xác định trước đó; - Tính giá trị riêng lớn (λmax) cách lấy giá trị trung bình vector quán; - Chỉ số quán (CI) số đo lường mức độ chệch hướng quán xác định theo công thức: CI= λmax-n n-1 (1) Trong đó: λmax giá trị trung bình vector quán; n số tiêu chí - Tỉ số qn CR tính theo cơng thức: CR= CI RI (2) Trong đó: RI số ngẫu nhiên phụ thuộc vào số tiêu chí so sánh (Bảng 1) Bảng Bảng số ngẫu nhiên [3] n RI 0 0,52 0,89 1,11 n 10 RI 1,25 1,35 1,4 1,45 1,49 Sau tính tốn trọng số tiêu phương án tiêu, giá trị tổng hợp lại để thu số thích hợp phương án theo cơng thức sau: s m i j=1  = Wijs Wja (3) Với i = 1, n Trong đó:- Wijs trọng số phương án i tương ứng với tiêu; - Wja trọng số tiêu j; n số phương án; m số tiêu Ở Việt Nam, phương pháp áp dụng có hiệu cao thơng qua số kết nghiên cứu trượt lở tiến hành số khu vực Quảng Trị [7], hồ thủy điện Sơn La [8], huyện Hòa Vang, Đà Nẵng [9] - Phương pháp tích hợp kết phân tích AHP vào GIS để xây dựng đồ nguy trượt lở Hệ thống tin địa lý (GIS) cho phép xây dựng phân tích khơng gian, quản lý, tích hợp chồng ghép lớp thơng tin Mơ hình phân tích thứ bậc hỗ trợ cho GIS, tổng hợp thông tin, gán trọng số phù hợp cho yếu tố lựa chọn Sau phân cấp tính trọng số yếu tố việc tích hợp chúng cho ta số nhạy cảm trượt Đ.M Ngọc nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 206-216 lở Mức độ nhạy cảm phản ánh nguy trượt lở tính tốn theo cơng thức (4): LSI=  n j=1 Wj Wij 209 Sử dụng công cụ chồng chập ArcGIS đồ biên tập lại, đồ hình thành chứa trọng số để thành lập nên đồ số nhạy cảm trượt lở Sau phân chia theo cấp độ ảnh hưởng phù hợp tạo thành đồ nguy trượt lở Toàn quy trình xây dựng đồ nguy trượt lở huyện Xín Mần thể Hình (4) Trong đó: LSI (Landslide Susceptibility Index): số nhạy cảm trượt lở; Wj: trọng số yếu tố thứ j; Wij: trọng số lớp thứ i yếu tố gây trượt j G Hình Quy trình xây dựng đồ nguy trượt lở huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Hiện trạng trượt lở khu vực huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang Theo thống kê từ năm 2012 đến nay, tồn huyện Xín Mần ghi nhận 967 điểm trượt lở, 32 điểm lũ qt 14 điểm xói lở bờ sơng, suối Trong đó, khu vực tập trung trượt lở có mật độ cao, cao huyện Xín Mần gồm Nán Ma, Khuôn Lùng Quảng Nguyên Bản đồ trạng trượt lở thành lập dựa thông tin thu thập từ 26 điểm trượt lở báo cáo cơng bố trước 27 điểm tiến hành khảo sát bổ sung thông qua 02 đợt khảo sát năm 2014 (Hình 4) Một số vụ trượt lở địa bàn huyện năm gần kể đến vào năm 2008 xã Bản Díu, xảy trận mưa lớn, đất sạt lở vùi lấp nhà, người bị thiệt mạng, người bị thương; trâu chết 17 hộ rơi vào tình trạng nguy hiểm Nghiêm trọng hơn, rạng sáng 27/4/2010 xảy mưa lớn khiến lượng đất đá khổng lồ từ đỉnh Seo Lử Thận xuống lấp nhà nằm kề thôn Seo Lử Thận, xã Pà Vẩy Sủ khiến người chết người bị thương nặng Đầu tháng 7/2014, thôn Nấm Dẩn xảy trượt lở nghiêm trọng điểm trường thôn, may thời điểm xảy lúc rạng sáng nên khơng có thiệt hại người 210 Đ.M Ngọc nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 206-216 Hình Bản đồ trạng trượt lở huyện Xín Mần 3.2 Xác định tính trọng số yếu tố ảnh hưởng đến trượt lở huyện Xín Mần Dựa vào tài liệu, số liệu thu thập điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu, báo tập trung phân tích, so sánh yếu tố ảnh hưởng đến trượt lở bao gồm độ dốc, hướng sườn, mật độ phân cắt ngang (PCN), mật độ phân cắt sâu (PCS), thạch học, loại đất trạng sử dụng đất (HTSDĐ) để xây dựng đồ nguy trượt lở huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang Vai trị yếu tố ảnh hưởng tới trượt lở huyện Xín Mần phản ánh thông qua giá trị trọng số so sánh chủ quan mức độ quan trọng cặp yếu tố sau (Bảng 2): Dựa vào Bảng thấy vai trị yếu tố đến trượt lở huyện Xín Mần đánh sau: Tỉ số quán CR = 0,035 < 0,1 kết tính tốn trọng số chấp nhận Khi số nhạy cảm trượt lở viết lại sau: LSI = 0,418*A + 0,229*B + 0,113*C + 0,113*D + 0,051*E + 0,051*F + 0,026*G (5) Trong LSI: số nguy trượt lở A-G yếu tố xác định Bảng Đ.M Ngọc nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 206-216 211 Ll Bảng Ma trận so sánh cặp trọng số yếu tố Yếu tố [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Trọng số [1] Độ dốc 5 7 0,418 3 5 0,229 1 3 0,113 3 0,113 1 0,051 0,051 [2] Loại đất [3] Phân cắt sâu [4] Thạch học [5] Phân cắt ngang [6] HTSDĐ [7] Hướng dốc 0,026 Với CI = 0,047; RI = 1,36; CR = 0,035 < 0,1 => Thỏa mãn 3.3 Thành lập đồ đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến trượt lở khu vực huyện Xín Mần Các yếu tố ảnh hưởng đến trượt lở khu vực chia thành lớp nhỏ tính tốn mối tương quan lớp nhỏ với tượng trượt lở khu vực nghiên cứu thông qua giá trị trọng số Bảng Độ dốc địa hình yếu tố có vai trị định tới hình thành phát triển trượt lở Độ dốc địa hình tồn huyện Xín Mần thay đổi khoảng giá trị từ 00- 85,070 Khu vực có độ dốc từ 150 - 350 chiếm đến 66,78% (389,06 km2) diện tích khu vực, khu vực có độ dốc < 50 > 450 chiếm 7,55% (43,98 km2) Trong đó, khu vực nằm khoảng độ dốc từ 350 - 450 ảnh hưởng mạnh đến nguy trượt lở huyện Xín Mần (Hình 5) Bảng Phân lớp trọng số phần lớp yếu tố ảnh hưởng đến trượt lở huyện Xín Mần Yếu tố Phân lớp >5 Độ dốc Loại đất Mật độ Trọng số điểm/km2 N Yếu tố Phân lớp Đệ Tứ không phân chia Mật độ Trọng số điểm/km2 0,057 - 15 0,066 0,057 Các đai mạch không rõ tuổi 0,057 15 – 25 0,077 0,057 Hệ tầng An Phú 0,057 Hệ tầng Hà Giang 0,03 0,296 Thạch học 25 – 35 0,108 0,263 35 – 45 0,127 0,127 Phức hệ Sông Chảy - Pha 0,089 0,296 > 45 Đất thung lũng sản phẩm dốc tụ Đất vàng đỏ đá magma axit Đất đỏ vàng biến đổi trồng lúa nước Đất đỏ vàng đá sét Đất mùn vàng đỏ đá magma axit Đất mùn đỏ vàng đá sét 0,092 0,122 Phức hệ Sông Chảy - Pha 0,165 0,649 0,042 Bắc 0,101 0,122 0,175 0,558 Đông Bắc 0,148 0,558 0,097 0,268 Đông 0,127 0,263 0,047 0,133 Đông Nam 0,096 0,122 0,057 0,133 Nam 0,041 0,057 0,063 0,133 Tây Nam 0,069 0,057 Núi đá 0,042 Tây 0,085 0,122 Đất phù sa ngòi suối 0,042 Tây Bắc 0,074 0,057 Hướng dốc 212 Đ.M Ngọc nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 206-216 0,035 Đất nông nghiệp 0,149 0,268 50 – 100 0,212 0,503 Đât trống có bụi 0,152 0,268 100 – 150 0,144 0,260 Đât trống có gỗ rải rác 0,07 0,133 150 – 200 0,08 0,134 Đât trống có cỏ 0,128 0,268 200 – 250 0,112 0,068 Dân cư, đất chuyên dùng 0,897 0,558 250 – 300 0,072 0,068 0,042 > 300 0,031 0,068 0,042 < 0,4 0,025 0,068 Núi đá Hiện trạng sử dụng Rừng hỗn giao gỗ, tre, nứa đất Rừng nghèo 0,069 0,133 0,4 – 0,8 0,104 0,134 Rừng phục hồi 0,042 0,8 – 1,2 0,126 0,260 Rừng trồng 0,042 1,2 – 1,6 0,156 0,503 Rừng tre nứa loại 0,042 1,6 – 2,0 0,166 0,503 Rừng trung bình 0,042 0,035 Mặt nước N > 50 Phân cắt sâu Phân cắt ngang > 2,0 N: Khu vực khống chế (những khu vực khả xảy trượt lở) Mỗi loại đất thường có độ dày khác điển hình cho tập hợp lý hóa khác dẫn đến tính ổn định sườn dốc khác nhau, loại đất đá có tính liên kết yếu thường xảy trượt lở Đất vàng đỏ đá magma axit chiếm đến 35,6% diện tích tồn huyện Xín Mần (206,06 km2), khu vực có ảnh hưởng mạnh đến trượt lở huyện (Hình 6) Yếu tố mức độ PCS đánh giá có tầm quan trọng thứ ba số yếu tố ảnh hưởng đến trượt lở huyện Xín Mần Giá trị PCS địa bàn huyện tập trung chủ yếu từ 150 250 m với diện tích 291,88 km2 (50,09% diện tích tồn huyện), đó, trượt lở huyện Xín Mần tập trung cao khu vực có giá trị PCS từ 50 - 150 m với mật độ điểm trượt 0,14 điểm/km2 (Hình 7) Trong khu vực nghiên cứu tồn hệ tầng: Đệ Tứ không phân chia, đai mạch chưa rõ tuổi, hệ tầng An Phú, hệ tầng Hà Giang, phức hệ Sông Chảy pha pha Khi xét đến mật độ trượt lở xảy hệ tầng khu vực, thấy, khu vực đất đá thuộc phức hệ Sông Chảy pha (20,08 % diện tích) với thành phần thạch học gồm granit biotit dạng porphyr, hạt vừa - nhỏ có ảnh hưởng mạnh đến trượt lở huyện Xín Mần (Hình 8) Mật độ PCN thể phân cắt theo chiều ngang địa hình hiểu tổng độ dài tất rãnh xâm thực, khe xói (dịng chảy tạm thời), sơng suối (dịng chảy thường xun) diện tích định (thường 1km2) Phần lớn diện tích huyện Xín Mần có giá trị PCN 1,2 km/km2 chiếm đến 82,05 % diện tích tồn huyện Khu vực xảy trượt lở mạnh có giá trị mật độ PCN khoảng 1,2 2,0 km/km2 (Hình 9) Trong q trình phân tích yếu tố ảnh hưởng đến trượt lở HTSDĐ xem xét khía cạnh ảnh hưởng lớp phủ thực vật Loại thực vật, mật độ lớp phủ thông số quan trọng đánh giá ảnh hưởng lớp phủ thực vật tai biến trượt lở Có thể dễ dàng nhận thấy, huyện Xín Mần đa phần đất trống có cỏ gỗ với diện tích 262,06 km2 (44,77% tồn huyện), đất nơng nghiệp với diện ... 2.1 Cơ sở liệu Dữ liệu phục vụ cho việc thành lập đồ nguy trượt lở huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang bao gồm: - Dữ liệu địa hình tỉnh Hà Giang, tỉ lệ 1:50.000; - Bản đồ trạng sử dụng đất huyện Xín Mần,. .. 1:50.000; - Bản đồ phân bố đất tỉnh Hà Giang, tỉ lệ 1:50.000; - Bản đồ địa chất tỉnh Hà Giang, tỉ lệ 1: 200.000, số khu vực trọng điểm huyện Xín Mần tỷ lệ 1: 10.000; - Dữ liệu trạng trượt lở huyện Xín. .. ánh nguy trượt lở tính tốn theo cơng thức (4): LSI=  n j=1 Wj Wij 209 Sử dụng công cụ chồng chập ArcGIS đồ biên tập lại, đồ hình thành chứa trọng số để thành lập nên đồ số nhạy cảm trượt lở Sau